Antes do SHRP, a caracterização do asfalto-borracha vinha sendo efetuada por meio de ensaios, na sua maioria, de propriedades reológicas empíricas. O monitoramento das características do
asfalto-borracha utilizando essas propriedades não permite relacionar as características dos materiais e as variáveis de processo ao desempenho do asfalto-borracha em pista. As variações nas propriedades empíricas podem não explicar corretamente as variações ocorridas nas propriedades relacionadas ao desempenho. Resultados inconsistentes, quando ensaios diferentes são empregados, ou mesmo contraditórios, prejudicam o entendimento do mecanismo pelo qual ligante asfáltico e borracha interagem (ABDELRAHMAN e CARPENTER, 1999).
Figura 3.8. Curvas-mestre de δ do ligante asfáltico residual, modificado com polímero SBS, na
temperatura de referência de 35°C. [Adaptado de Airey et al. (2002)]
Adelrahman (1996) comenta que a falta de uma compreensão mais ampla dos mecanismos da interação asfalto-borracha se deve, em parte, ao monitoramento de propriedades empíricas durante a produção desse tipo de ligante asfáltico. Algumas pesquisas indicam que ensaios empíricos não são efetivos em apontar tendências para os efeitos do tempo e da temperatura de processamento sobre as propriedades do asfalto-borracha (STROUP-GARDINER et al., 1993; CHEHOVITS et al., 1982 e CHEHOVITS, 19935 apud ABDELRAHMAN, 1996). Na maioria dos casos, ensaios como os de penetração
e de ductilidade fornecem conclusões limitadas e não-confiáveis (CHEHOVITS et al., 1982 e CHEHOVITS, 19935 apud ABDELRAHMAN, 1996).
O uso de ensaios da especificação Superpave, no monitoramento da produção do asfalto- borracha, representa um avanço na tarefa de relacionar materiais e variáveis de processo ao desempenho do ligante asfáltico, uma vez que especifica a medida de parâmetros reológicos racionais (ABDELRAHMAN e CARPENTER, 1999). A viscosidade tem sido empregada como indicador da compatibilidade entre ligante asfáltico e borracha (STROUP-GARDINER et al., 1993), uma vez que o
5 CHEHOVITS, J. (1993). Binder design procedures – session 9.0. Crumb Rubber Modifier Workshop Notes, Federal
aumento dessa propriedade está associado à reação da borracha com o ligante asfáltico. Abdelrahman e Carpenter (1999) e Billiter et al. (1997c) empregaram propriedades fundamentais como o módulo complexo e o ângulo de fase, a temperaturas elevadas, e a rigidez e o módulo de relaxação, a temperaturas baixas, para monitorar o desenvolvimento da interação asfalto-borracha.
Por ser composto de partículas de borracha inchadas dispersas em um meio líquido, a na- tureza do asfalto-borracha limita a aplicação direta dos procedimentos de ensaio da especificação Superpa- ve (ABDELRAHMAN, 1996). Segundo essa especificação, a distância entre placas no reômetro de cisa- lhamento dinâmico deve ser de 1,0 mm para ensaios de deformação permanente e de 2,0 mm para en- saios de fadiga do ligante asfáltico. A distância entre placas deve ser controlada, em função do tamanho das partículas de borracha, de forma que os parâmetros do ensaio não sejam perturbados pela condição de heterogeneidade do asfalto-borracha. Essa tem sido uma preocupação entre pesquisadores (BAHIA e DAVIES, 1994a). Em uma resposta oficial do FHWA (ABDELRAHMAN, 1996), asfaltos-borracha com partículas passando na #60 (250 µm) deveriam ser usados nos ensaios da especificação Superpave. No entanto, a distância entre placas poderia ser alterada para permitir a realização de ensaios de caracteri- zação de asfaltos-borracha com outros tamanhos de partículas. A recomendação usual é que a distância entre placas deve ser de pelo menos quatro vezes o tamanho máximo da partícula de borracha.
A adequação dos procedimentos de envelhecimento do Superpave para envelhecimento de asfalto-borracha é outro ponto duvidoso (ABDELRAHMAN, 1996). Os procedimentos RTFOT e PAV em- pregam a temperatura e o tempo como fatores de envelhecimento, ao mesmo tempo em que temperatura e tempo também são as variáveis mais importantes na interação asfalto-borracha. Em um estudo sobre ligantes asfálticos modificados por polímeros, foi relatado que a modificação produzida pelo polímero se torna menos destacada após as práticas de envelhecimento RTFOT e PAV (SHASHIDHAR et al.,1995). Aparentemente, pouca literatura está disponível acerca da aplicabilidade dessas práticas de envelheci- mento ao asfalto-borracha. Abdelrahman (1996) aponta que os procedimentos para envelhecimento de ligantes asfálticos da especificação Superpave não são aplicáveis ao asfalto-borracha. Segundo esse autor, as propriedades relacionadas ao desempenho de asfaltos-borracha envelhecidos em laboratório podem não ser representativas do desempenho desse tipo de ligante asfáltico em campo.
McGennis (1995) avaliou a aplicabilidade dos ensaios da especificação Superpave para ca- racterizar asfaltos-borracha e verificou que o comportamento do asfalto-borracha durante o envelheci- mento RTFOT é diferente do que ocorre com ligantes asfálticos convencionais. Em alguns casos, o asfal- to-borracha tende a formar um filme espesso no fundo do frasco durante o condicionamento, especial- mente para teores altos de borracha, impedindo o espalhamento homogêneo do material e a formação do filme na espessura recomendada. Em outros, o frasco não foi recoberto por ligante asfáltico ao longo de todo o seu comprimento, mesmo após os 85 min de condicionamento. Os asfaltos-borracha de menor consistência tenderam a escoar ao longo do perímetro do frasco, sem manter um nível do material no fundo do frasco, como seria com ligantes asfálticos normais. A Figura 3.9 ilustra esses efeitos.
Figura 3.9. Características do envelhecimento RTFOT de asfaltos-borracha com borracha fina. [Fonte: McGennis (1995)]
No entanto, McGennis (1995) constatou que, fora o comportamento atípico do asfalto- borracha durante o envelhecimento RTFOT, não foram verificados problemas em empregar os métodos de caracterização da especificação Superpave. Em função de dificuldades enfrentadas no envelhecimen- to de ligantes asfálticos modificados, o procedimento RTFOT modificado foi introduzido por Bahia et al. (2001), a fim de criar condições de ensaio para que o envelhecimento sofrido pelos ligantes asfálticos modificados seja semelhante ao dos convencionais.
Adbelrahman e Carpenter (1999) concluem que o módulo complexo e o ângulo de fase, medidos a temperaturas representativas da faixa de temperaturas altas nas quais ocorrem deformações permanentes significativas em camadas asfálticas, são indicadores apropriados para o monitoramento do desenvolvimento da interação asfalto-borracha. Resultados da pesquisa desses autores apontam que G* e δ não se desenvolvem pelos mesmos mecanismos de interação. O aumento de G* se dá principalmente pelo inchamento das partículas. A redução de δ continua durante os estágios iniciais da degradação, indicando que o inchamento não é o único fator que afeta o desenvolvimento do ângulo de fase. O inter- câmbio de componentes entre o ligante asfáltico e a borracha nos estágios iniciais da despolimerização e da desvulcanização tornam a fase líquida do ligante asfáltico mais espessa, com um componente elástico maior, o que modifica o ângulo de fase.
O estudo de Abdelrahman e Carpenter (1999) revelou que os ensaios de caracterização viscoelástica podem ser empregados no monitoramento do processo de interação asfalto-borracha. Mes- mo assim, os autores ressalvam que ensaios reológicos isoladamente não permitem a obtenção de con- clusões definitivas sobre o estado químico da borracha na matriz asfáltica durante o processo de intera- ção. Eles recomendam que pesquisas adicionais relativas aos aspectos químicos da produção do asfalto-
nível constante de material no fundo do frasco
filme espesso recobrindo o perímetro do frasco
material escorrendo no fundo do frasco
distribuição do material para asfaltos não-modificados
teor baixo de borracha fina em asfalto de baixa consistência
teor alto de borracha fina em asfalto de alta consistência
borracha sejam consideradas, especialmente em relação aos fenômenos de despolimerização e de des- vulcanização da borracha no ligante asfáltico.
Abelrahman (1996) avaliou o efeito de algumas das variáveis intervenientes sobre a intera- ção asfalto-borracha, a fim de verificar o efeito delas sobre o grau de desempenho do ligante asfáltico. Alterar o PG de um ligante asfáltico de um grau (6°C para mais ou para menos) implica na redução de aproximadamente 50% ou no aumento de aproximadamente 100% no valor do G* original. No estudo realizado, o autor concluiu que apenas a concentração de borracha e a temperatura de interação têm potencial de alterar o PG de asfaltos-borracha em pelo menos um grau. Foi verificado que teores de bor- racha da ordem de 15% podem gerar valores de módulo complexo 350% maiores que do ligante asfáltico de base. Para um mesmo teor de borracha, temperaturas de interação altas podem reduzir G* de aproxi- madamente 40%. Todos os outros fatores considerados no seu estudo (tipo de borracha, tamanho de partícula e tempo de interação), embora expressivos em produzir diferenças nas propriedades monitora- das a 52°C, não apresentaram potencial de alterar o PG dos ligantes asfálticos.
McGennis (1995) verificou que a adição de borracha moída fina (partículas inferiores a 180µm) resultou no aumento do PG do asfalto-borracha a temperaturas altas e na diminuição do PG a temperaturas baixas. A tendência observada é que 7,5% de borracha fina aumentam o PG do ligante asfáltico de aproximadamente um grau a temperaturas altas em relação ao PG do ligante asfáltico de base. 15% de borracha fina aumentaram o PG do ligante asfáltico em dois ou três graus, a temperaturas altas, e reduziram o PG a baixas temperaturas de um grau.